Studi Analisis Pengaruh Harmonisa Terhadap Transformator Distribusi (Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Cabang Medan, Rayon Medan Kota)

TUGAS AKHIR

STUDI ANALISIS PENGARUH HARMONISA TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

(Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Cabang Medan, Rayon Medan Kota) O

L E H

ROY HAKIM PERANGINANGIN NIM : 05 0402 099

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

STUDI ANALISIS PENGARUH HARMONISA TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

(Aplikasi Pada PT. PLN (Persero) Cabang Medan ,Rayon Medan Kota) OLEH

ROY HAKIM PERANGINANGIN NIM : 05 0402 099

Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro

Disetujui oleh Dosen Pembimbing

IR. THALIB PASARIBU NIP. 19471110197902 1 001

Diketahui oleh

Pelaksana Harian, Ketua Departemen Teknik Elektro

PROF.DR.IR.USMAN S. BAAFAI NIP. 19461022197302 1 001 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

ABSTRAK

Harmonisa adalah suatu kondisi dimana tegangan atau arus yang sinusoidal dengan frekuensi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamental dari sistem tenaga. Banyaknya pemakaian peralatan elektronik dan elektronika daya, berupa komputer, UPS, Printer, baterecharger, dan lampu hemat energi yaitu lampu fluorescent dengan elektronika ballast yang merupakan beban tidak linear yang dapat menimbulkan harmonisa. Peralatan beban tidak linear ini pada proses kerjanya, berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan.

Adanya harmonisa ini pada jaringan distribusi, ternyata memberi pengaruh pada Transformator Distribusi sebagai komponen tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan beban yaitu adanya peningkatan rugi eddy current dan rugi belitan.

Setelah melakukan pengukuran dan penganalisaan kandungan harmonisa pada lima transformator distribusi berdasarkan jenis pelanggan PLN cabang Medan, diketahui adanya harmonisa arus dan harmonisa tegangan pada setiap transformator. Harmonisa arus (dalam %THDI) pada setiap transformator melebihi standard yang ditetapkan IEEE 519 (8%), yaitu 9.0%, 9.7%, 12.82%, 20.56%, 15.79%; sedangkan harmonisa tegangannya (dalam %THDV) tidak melebihi standar (5%), yaitu 1.9%, 1.66%, 2.2%, 2.2%, 2.33%. Akibat adanya harmonisa arus pada trafo menyebabkan bertambahnya rugi eddy current pada setiap transformator. Pertambahan rugi-rugi terbesar terjadi pada trafo 250kVA di Pusat Perbelanjaan, Petisah ( Pembebanan 73.33%), yaitu 1.04%.

KATA PENGANTAR

Segala Puji dan Hormat serta Kemuliaan bagi Allah Tri Tunggal yang telah memberkati dan memberi kekuatan sehingga Penulis dapat menyelesaikan studi dan mengerjakan Tugas Akhir ini sampai selesai.

Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat bagi Penulis untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Adapun judul tugas akhir ini adalah :

STUDI ANALISIS PENGARUH HARMONISA TERHADAP TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

( Aplikasi Pada PT.PLN (PERSERO) Cabang Medan, Rayon Medan Kota)

Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian tugas akhir ini, Penulis banyak memperoleh bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan penuh ketulusan hati, Penulis mengucapkan banyak terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Wali saya, Kak R. Peranginangin dan Silih J. Sembiring serta bebereku dan juga Ayahanda S.Peranginangin dan Ibunda T.Tarigan yang selalu memberikan dukungan, perhatian dan doa yang tidak ada henti-hentinya selama hidup penulis.

2. Kakak & Abang saya : K’Tepty dan Lae, B’Adil dan B’Gunung serta Kak Ipar yang di Batam, Bang Terbeluh Peranginangin di Jakarta dan bang Dani Peranginangin di Perawang yang selalu memberi dukungan dan cinta yang tulus selalu.

3. Bapak Prof.Dr.Ir Usman Baafai. selaku Ketua Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Rahman Faudzi ST,MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

5. Bapak Ir. Thalib Pasaribu selaku Dosen Pembimbing Penulis yang telah meluangkan waktu dan tempat untuk membimbing dan membantu Penulis menyelesaikan Tugas Akhir ini.

6. Bapak Ir. Soeharwinto ST.MT selaku Dosen Wali Penulis selama menyelesaikan pendidikan di Universitas Sumatera Utara yang juga banyak memberi inspirasi, masukan, dan dorongan spiritual kepada penulis dalam menyelesaikan studi di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

7. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT- USU.

8. Teman satu Kelompok Tumbuh Bersama-ku Bezallel ( B’Mue, K’Martha, Bastana, Budi, Christina, Lemuel) dan Adik Kelompokku Aholiab ( Assyer, Andrew, Jhon, Ivan, Rocky dan Setia) dan juga sahabatku Hans Tua Sinaga, yang banyak memberi dukungan Doa.

9. Teman-teman Koordinasi UKM KMK USU periode 2008-2009 ( K’Lita, K’henny, Riama, K’Gohana, K’ Monic, B’Heri dan B’ Jhon)

10. Semua rekan-rekan di Fakultas Teknik, Teknik Elektro USU terutama angkatan 2005 yang telah banyak memberi warna dalam hidup Penulis. 11.Teman/Abang satu Kos Marakas 55 ( B’Gandi, Josep, Freddy, Daniel,

Niki, Hendra, dan Patar) yang telah banyak menemani hari-hariku.

12. Teman-teman di UKM KMK USU dan KMK USU UP FT dan juga di PD/PA FILIPI.

13.Pihak PT. PLN ( Persero ) Cabang Medan , Pak Simatupang, Kak Elli, Bang Habibi, Pak Ferry yang membantu Penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

14. Semua orang yang tidak dapat disebutkan satu persatu, Penulis mengucapkan banyak Terimakasih.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan.

Akhir kata , semoga tulisan ini bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Oktober 2009

Penulis

05 0402 099

DAFTAR ISI

Abstrak...i

Kata Pengantar...ii

Daftar Isi...iv

Daftar Gambar...vii

Daftar Tabel...ix

BAB I PENDAHULUAN I.1 LatarBelakang...1

I.2 Rumusan Masalah...2

I.3 Tujuan Masalah...2

I.4 Batasan Masalah...2

I.5 Metode Penulisan...3

I.6 Sistematika Penulisan...4

BAB II TRANSFORMATOR II.1 Umum...6

II.2 Kontruksi transformator...7

II.3 Prinsip Kerja Transformator...9

II.3.1 Keadaan Transformator tanpa Beban...10

II.3.2 Keadaan Transformator Berbeban...13

II.4 Rangkaian Ekivalen Transformator...15

II.4.1 Pengukuran Beban Nol...18

II.4.2 Pengukuran Hubung singkat...20

II.5 Rugi-rugi pada Transformator...20

II.5.1 Rugi Tembaga...21

II.5.2 Rugi Besi...21

II.6 Transformator Tiga Phasa...22

II.6.2 Kontruksi Transformator Tiga Phasa...21

II.6.3 Hubungan Tiga Phasa pada Transformator...24

II.7 Sistem Pendinginan Transformator...30

II.8 Transformator Distribusi...30

II.8.1. Umum...30

II.8.2. Klasifikasi BebanTransformatorDistribusi...33

BAB III HARMONISA III.1 Umum ...38

III.2 Karakteristik Beban...39

III.3 Defenisi Harmonisa...41

III.4 Jenis-Jenis harmonisa... 50

III.5 Sumber-Sumber Harmonisa...51

III.6 Indeks Harmonisa...53

III.6.1 Total Harmonic Distortion...53

III.6.2 Individual Harmonic Distortion...54

III.7 Standard Harmonisa...54

III.8 Pengaruh Harmonisa Pada Trafo Distribusi...55

BAB IV ANALISA PENGARUH HARMONISA PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI IV.1 Umum...58

IV.2 Persamaan yang digunakan dalam Perhitungan...59

IV.2.1 Perhitungan Arus Beban dan Arus Hubung Singkat.... 59

IV.2.2 Perhitungan Pembebanan Pada Transformator...59

IV.2.3 Perhitungan Analisa THD...60

IV.2.4 Perhitungan Analisa PLL(Load Loss)...60

IV.2.5 Perhitungan Rugi –rugi Transformator... 61

IV.3 Metode Pengambilan Data harmonisa Pada Transformator Distribusi...61

IV.3.1 Data Teknis Alat Ukur... .62

IV.3.2 Rangkaian Pengukuran pada Transformator Distribusi ...65

IV.4 Data Hasil Pengukuran Harmonisa pada Transformator Distribusi...66 IV.5 Analisa Data Pengaruh Harmonisa pada Transformator

Distribusi...74

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 Kesimpulan...85 V.2 Saran...86

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form)...7

Gambar 2.2 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk L dan U ...8

Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang (shell form)...8

Gambar 2.4 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk E, I dan F ...8

Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban...10

Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan tanpa beban ...10

Gambar 2.7 Gambar vektor transformator dalam keadaan tanpa beban... 10 Gambar 2.8 Gambar gelombang Io tertinggal 90o dari V1...11

Gambar 2.9 Gambar gelombang e1 tertinggal 90o dari Φ...12

Gambar 2.10 Transformator dalam keadaan berbeban ...13

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan berbeban...14

Gambar 2.12 Gambar rangkaian transformator ideal...15

Gambar 2.13 Diagram vektor model rangkaian transformator ideal ...16

Gambar 2.14 Gambar rangkaian ekivalen transformator ...17

Gambar 2.15 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen Transformator ...17

Gambar 2.16 Diagram vektor parameter sekunder pada rangkaian primer ...17

Gambar 2.17 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator ...18

Gambar 2.18 Rangkaian pengukuran beban nol ...18

Gambar 2.19 Rangkaian Pengukuran hubung singkat ...19

Gambar 2.20 Rangkaian Ekivalen Pengukuran Hubung Singkat ...20

Gambar 2.21 Blok diagram rugi – rugi pada transformator...21

Gambar 2.22 Konstruksi transformator tiga fasa tipe inti...23

Gambar 2.23 Transformator tiga fasa tipe cangkang ...23

Gambar 2.24 Transformator Hubungan-Y...24

Gambar 2.25 Transformator Hubungan Delta ...25

Gambar 2.26 Transformator Hubungan YY ...26

Gambar 2.27 Transformator Hubungan YΔ,………...27

Gambar 2.28 Transformator hubungan ΔY... ..28

Gambar 2.30 Gambaran Umum Distribusi Tenaga Listrik...31

Gambar 3.1 Gelombang Arus dan Tegangan...38

Gambar 3.2 Karakteristik beban Penerangan...39

Gambar 3.3 Karakteristik beban harian Industri Besar...40

Gambar 3.4 Karakteristik beban harian Industri Kecil ...40

Gambar 3.5 karakteristik Beban pada Komersial ...41

Gambar 3.6 karakteristik Beban pada Rumah Tangga...41

Gambar 3.7 Gelombang Pada Frekuensi Fundamental/Dasar ...42

Gambar 3.8. Bentuk Gelombang Non Sinusiodal...42

Gambar 3.9 Gelombang Pada Harmonik Ketiga...42

Gambar 3.10 Hasil Kali Dari Gelombang Frekuensi Fundamental Dengan Harmonik Yang ketiga...43

Gambar 3.11 Fundamental Phasor ...50

Gambar 3.12 Phasor harmonik 5...50

Gambar 3.13 Phasor Harmonik 3...51

Gambar 3.14 Skema Jaringan sederhana Beban linear ...51

Gambar 3.15 Skema jaringan sederhana beban non linear ...52

Gambar 3.16a One Line Diagram mengalirnya Harmonisa...56

Gambar 3.16b Rangkaian ekivalen mengalirnya Harmonisa...56

Gambar 4.1 Power Quality Analyzer Fluke 435...62

Gambar 4.2 Transformator Tiang ...65

Gambar 4.3 Pengukuran kandungan Harmonisa pada sisi sekunder trafo tiang ...65

Gambar 4.4 Rangkaian Pengukuran pada transformator 3 phasa ...66

Gambar 4.5 Contoh Hasil Pengukuran Harmonisa dengan alat Fluke 435...66

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan THD arus dan Tegangan pada masing- masing trafo... 78

Gambar 4.7 Grafik Pertambahan Rugi-Rugi Pada Masing- Masing Transformator...84

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN ...33

Tabel 2.2 Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi...37

Tabel 2.3 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi ...37

Table 3.1 Standar Distorsi Arus Untuk Sistem Distribusi...55

Tabel 3.2 Standar Distorsi Tegangan...55

Tabel 4.1 Nilai dari PEC_R ...61

Tabel 4.2 Tehnical data Volt/Amps/Herz ...63

Tabel 4.3 Tehnical data Harmonics ...64

Tabel 4.4 Data Hasil pengukuran pada Transformator ...67

Tabel 4.5 Data Kandungan Harmonisa Arus pada Transformator...67

Tabel 4.6 Data Hasil pengukuran Harmonisa Tegangan pada Transformator...68

Tabel 4.7 Data Hasil pengukuran pada Transformator ...68

Tabel 4.8 Data Kandungan Harmonisa Arus pada Transformator...69

Tabel 4.9 Data Hasil pengukuran Harmonisa Tegangan pada Transformator...69

Tabel 4.10 Data Hasil pengukuran pada Transformator ...69

Tabel 4.11 Data Kandungan Harmonisa Arus pada Transformator...70

Tabel 4.13 Data Hasil pengukuran pada Transformator ...70

Tabel 4.14 Data Kandungan Harmonisa Arus pada Transformator...71

Tabel 4.15 Data Hasil pengukuran Harmonisa Tegangan pada Transformator...71

Tabel 4.16 Data Hasil pengukuran pada Transformator ...71

Tabel 4.17 Data Kandungan Harmonisa Arus pada Transformator...72

Tabel 4.18 Data Hasil pengukuran Harmonisa Tegangan pada Transformator...73

Tabel 4.19 Nilai Arus Hubung Singkat dan Arus Beban ...74

Tabel 4.20 Analisa Pembebanan Pada Masing-Masing Transformator...75

Tabel 4.21 Analisa THD Arus pada masing-masing Transformator ...76

Tabel 4.22 Analisa THD Tegangan Pada masing-masing Transformator ...77

Tabel 4.23 Ringkasan PLL pada Transformator 1...80

ABSTRAK

Harmonisa adalah suatu kondisi dimana tegangan atau arus yang sinusoidal dengan frekuensi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamental dari sistem tenaga. Banyaknya pemakaian peralatan elektronik dan elektronika daya, berupa komputer, UPS, Printer, baterecharger, dan lampu hemat energi yaitu lampu fluorescent dengan elektronika ballast yang merupakan beban tidak linear yang dapat menimbulkan harmonisa. Peralatan beban tidak linear ini pada proses kerjanya, berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan.

Adanya harmonisa ini pada jaringan distribusi, ternyata memberi pengaruh pada Transformator Distribusi sebagai komponen tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan beban yaitu adanya peningkatan rugi eddy current dan rugi belitan.

Setelah melakukan pengukuran dan penganalisaan kandungan harmonisa pada lima transformator distribusi berdasarkan jenis pelanggan PLN cabang Medan, diketahui adanya harmonisa arus dan harmonisa tegangan pada setiap transformator. Harmonisa arus (dalam %THDI) pada setiap transformator melebihi standard yang ditetapkan IEEE 519 (8%), yaitu 9.0%, 9.7%, 12.82%, 20.56%, 15.79%; sedangkan harmonisa tegangannya (dalam %THDV) tidak melebihi standar (5%), yaitu 1.9%, 1.66%, 2.2%, 2.2%, 2.33%. Akibat adanya harmonisa arus pada trafo menyebabkan bertambahnya rugi eddy current pada setiap transformator. Pertambahan rugi-rugi terbesar terjadi pada trafo 250kVA di Pusat Perbelanjaan, Petisah ( Pembebanan 73.33%), yaitu 1.04%.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pertumbuhan beban listrik pada masa sekarang ini merupakan dampak dan pengaruh dari pertumbuhan ekonomi. Pertumbuhan beban listrik dapat dikatakan dua kali dari pertumbuhan ekonominya suatu daerah. Dengan pertumbuhan ekonomi ini maka kebutuhan atau daya beli masyarakat terhadap beban listrik semakin meningkat pula, hal ini dapat dilihat semakin meningkatnya pemakaian peralatan elektronik atau elektronika daya yang semakin meningkat, seperti : komputer, printer, UPSs(Uninterruptible power supplies), peralatan elektronik yang menggunakan suplay tenaga dengan mengkonvert dari AC ke DC, lampu fluorescent dengan elektronik ballast, batere charger dan lain-lain. Tetapi di sisi lain dengan meningkatnya pemakaian peralatan elektronik tersebut memberi dampak atau memberi pengaruh yang tidak baik pada sistem ketenagalistrikan. Peralatan computer, UPS, Printer yang disebutkan di atas dikenal sebagai beban non linear. Beban non linear ini dapat mengakibatkan munculnya harmonisa pada sistem ketenagalistrikan dalam sistem distribusi tenaga listrik.

Salah satu komponen dalam sistem ketenagalistrikan dalam sistem distribusi adalah TRANSFORMATOR DISTRIBUSI, transformator distribusi merupakan alat yang memegang peranan penting dalam sistem distribusi, maka

apabila terjadi harmonisa pada transformator distribusi ini maka sangat mempengaruhi kinerja dan kualitas dari transformator distribusi tersebut .

Oleh karena itu, diperlukan suatu analisa yang memberikan hasil seberapa besar pengaruh dari harmonisa terhadap Transformator Distribusi.

1.2 Rumusan Masalah

Dari Latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan beberapa permasalahan antara lain :

1. Apakah Harmonisa itu?

2. Dari manakah Sumber harmonisa tersebut?

3. Apa saja parameter dan standar yang dilihat pada Harmonisa ini? 4. Bagaimana hasil analisis pengaruh harmonisa terhadap

Transformator Distribusi?

1.3 Tujuan Masalah

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah untuk mempelajari dan memahami mengenai pengaruh harmonisa terhadap Transformator Distribusi yang meliputi Pembebanan Transformator dan Rugi-Rugi Transformator.

1.4 Batasan Masalah

Untuk menghindari pembahasan yang terlalu luas, maka penulis akan membatasi Tugas Akhir ini dengan hal-hal sebagi berikut :

1. Transformator distribusi yang dibahas merupakan Trafo Tiang. 2. Harmonisa yang dibahas meliputi harmonisa Arus dan Tegangan

3. Model yang ditinjau dalam pengukuran harmonisa ini adalah Pengukuran langsung ke lapangan.

4. Tidak membahas analisis harmonisa transformator dengan menggunkan Deret fourier dan cara mengurangi harmonisa pada trafo.

5. Pembahasan analisis pengaruh harmonisa terhadap Transformator hanya sebatas Pembebanan dan rugi-rugi pada Transformator.

1.5 Metode Penulisan

Metode Penulisan yang dilakukan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini meliputi :

1. Studi literatur

Mengambil teori dari buku – buku referensi, jurnal, internet ,dll 2. Studi bimbingan

Diskusi dengan dosen pembimbing yang telah ditunjuk oleh pihak Departemen Teknik Elektro mengenai masalah – masalah yang timbul selama penulisan Tugas Akhir berlangsung.

3. Metode pengukuran

Data yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah data yang diperoleh dengan melakukan pengukuran langsung pada transformator tiang di lapangan.

4. Analisa Data

1.6 Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini disajikan dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini merupakan pendahuluan yang berisikan tentang latarbelakang masalah rumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metode penulisan, dan sistematika penulisan dari Tugas Akhir ini.

BAB II TRANSFORMATOR

Bab ini menjelaskan tentang transformator secara umum, kontruksi, prinsip kerja, rangkaian ekivalen, keadaan berbeban dan tidak berbeban, sistem pendingin transformator, rugi-rugi dan efesiensi. Serta menjelaskan tentang transformator distribusi dan spesifikasnya, dan jenis-jenis pelanggan/konsumen PLN.

BAB III HARMONISA

Bab ini menguraikan teori mengenai harmonisa yaitu defenisi harmonisa, sumber harmonisa, pengaruh harmonisa, jenis harmonisa, indeks harmonisa dan standard harmonisa.

BAB IV ANALISA PENGARUH HARMONISA PADA

TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Bab ini menjelaskan tentang data-data pengukuran dan analisa pengaruh harmonisa pada transformator distribusi serta rugi-rugi yang ditimbulkannya, yaitu dengan melakukan pengukuran pada sisi sekunder transformator distribusi .

BAB V PENUTUP

Bab ini berisi kesimpulan dan saran yang diperoleh dari hasil analisa data-data pengukuran

BAB II

TRANSFORMATOR

II.1 UMUM

Transformator merupakan suatu alat listrik statis yang mampu mengubah maupun untuk menyalurkan energi listrik arus bolak-balik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik arus bolak-balik yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik yang dapat menaikkan /menurunkan tegangan/arusdengan frekuensi yang sama.

Pada umumnya transformator terdiri dari atas sebuah inti, yang terbuat dari besi belapis, dan dua buah kumparan, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder . Rasio perubahan tegangan akan tergantung dari rasio jumlah lilitan pada kedua kumparan tersebut, pada umumnya kumparan tersebut terbuat dari kawat tembaga yang dibelit pada sekeliling “ kaki” inti transformator.

Penggunaan transformator yang sangat sederhana dan andal merupakan salah satu alasan penting dalam pemakaiannya dalam penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik, karena arus bolak-balik snagat banyak dipergunakan untuk pembangkitan dan penyaluran tenaga listrik. Pada penyaluran tenaga listrik arus bolak-balik terjadi kerugian sebesar I R watt. Kerugian ini akan akna banyak berkurang apabila tegangan dinaikkan setinggi mungkin. Dengan demikian maka saluran-saluran transmisi tenaga listrik senantiasa mempergunakan tegangan yang lebih tinggi. Hal ini dilakukan terutama untuk mengurangi kerugian energi yang terjadi, dengan cara mempergunakan transformator untuk menaikan tegangan listrik di pusat listrik dari tegangan generator yang berkisar antara 6 kV samapai 20 kV pada awal transmisi ke tegangan saluran transmisi antara 100 kV sampai 1000 kV, kemudian menurunkannya lagi pada ujung akhir saluran ke teganagn yang lebih rendah.

2

Dalam bidang tenaga listrik pada umumnya pemakain transformator dapat dikelompokkan dalam :

1. Transformator Daya, transformator ini biasanya digunakan di pembangkit tenaga listrik, untuk menaikkan tegangan pembangkit menjadi tegangan transmisi.

2. Transformator distribusi, transformator ini pada umumnya digunakan pada sub distribusi tenaga listrik, yaitu untuk menurunkan tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.

3. Transformator Instrument,transformator ini gunanya digunakan sebagai alat instrument pengukuran yang terdiri dari transformator arus ( current transformer) dan transformator tegangan (potential transformer).

II.2 KONTRUKSI TRANSFORMATOR.

Pada dasrnya transformator terdiri dari kumparan primer dan sekunder yang dibelitkan pada inti ferromagnetik. Berdasarkan letak kumparan terhadap inti, transformator terdiri dari dua macam kontruksi yaitu tipe inti ( core type) dan tipe cangkang ( shell type). Kedua tipe ini menggunakan inti yang berlaminasi yang terisolasi satu sama lainnya dengan tujuan untuk mengurangi rugi-rugi dan arus eddy.

Tipe Inti.

Tipe inti ini dibentuk dari lapisan besi berisolasi berbentuk persegi dan kumparan transformatornya dibelitkan pada dua sisi persegi. Pada kontruksi tipe inti, lilitan mengelilingi inti besi yang disebut dengan kumparan, seperti yang ditunjukakn pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Konstruksi transformator tipe inti (core form)

Sedangkan kontruksi tipe intinya pada umumnya berbentuk L atau huruf U, dapat kita lihat pada Gambar 2.2

Gambar 2.2 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk L dan U

Tipe Cangkang (Shell From)

Jenis kontruksi yang kedua ini ini yaitu tipe cangkang yang dibentuk dari lapisan inti berisolasi, dan kumparan dibelitkan di pusat inti, dapat dilihat paga Gambar 2.3

Gambar 2.3 Transformator tipe cangkang (shell form)

Pada transformator ini, kumparan atau belitan transformator dikelilingi oleh inti. Sedangakan kontruksinya intinya pada umumnya berbentuk huruf E, huruf I, atau huruf F. Seperti terlihat pada Gambar 2.4

Gambar 2.4 Konstruksi lempengan logam inti transformator bentuk E, I dan F

II.3 PRINSIP KERJA TRANSFORMATOR

Transformator meiliki dua buah kumparan yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder, dan kedua kumparan ini bersifat induktif. Kedua kumparan ini terpisah secara elektris namun berhubungan secara magnetis melalui jalur yang

memiliki reluktansi ( reluctance ) rendah. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka fluks bolak-balik akan muncul di dalam inti yang dilaminasi, karena kumparan tersebut membentuk jaringan tertutup maka mengalirlah arus primer. Akibat adanya fluks di kumparan primer maka di kumparan primer terjadi induksi ( self induction ) dan terjadi pula induksi di kumparan sekunder karena pengaruh induksi dari kumparan primer atau disebut sebagai induksi bersama ( mutual induction ) yang menyebabkan timbulnya fluks magnet di kumparan sekunder, maka mengalirlah arus sekunder jika rangkaian sekunder di bebani, sehingga energi listrik dapat ditransfer keseluruhan (secara magnetisasi ).

dt d N

e()  (Volt) ……….( 2.1 ) Dimana : e = gaya gerak listrik (Volt)

N = jumlah lilitan (turn)

dt d

= perubahan fluks magnet (weber/sec)

Perlu diingat bahwa hanya tegangan listrik arus bolak-balik yang dapat ditransformasikan oleh transformator, sedangkan dalam bidang elektronika, transformator digunakan sebagai gandengan impedansi antara sumber dan beban untuk menghambat arus searah sambil tetap melakukan arus bolak-balik antara rangkaian.

Tujuan utama menggunakan inti pada transformator adalah untuk mengurangi reluktansi ( tahanan magnetis ) dari rangkaian magnetis ( common magnetic circuit )

II.3.1 Keadaan transformator tanpa beban

Bila kumparan primer suatu transformator dihubungkan dengan sumber tegangan V1 yang sinusoidal, akan mengalirkan arus primer I0 yang juga

900 dari V1. Arus primer I0 menimbulkan fluks (Ф) yang sefasa dan juga

berbentuk sinusoid.

Gambar 2.5 Transformator dalam keadaan tanpa beban

Gambar 2.6 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan tanpa beban

Gambar 2.8 Gambar gelombang Io tertinggal 90o dari V1

maxsin



t (weber)... (2.2)

Fluks yang sinusoid ini akan menghasilkan tegangan induksi е1 (Hukum

Faraday):

dt d N e₁  ₁ 

dt t d

N

e ( max sin )

1 1



 



t N

e₁ ₁



_maxcos



(Volt)... (2.3) )

90 sin(

max 1

1N  wt

e



(tertinggal 90

o

dari Φ) Dimana :

e

1 = gaya gerak listrik (Volt)

N1 = jumlah belitan di sisi primer (turn)

ω

= kecepatan sudut putar (rad/sec)

Φ = fluks magnetik (weber)

Gambar 2.9 Gambar gelombang

e

1 tertinggal 90o dari Φ

Harga efektif :

2

max 1 1



 N 

2 2 _max

1 1



 N f

E  2 14 , 3 2 _max 1 1 

 N x f

E 2 28 , 6 max 1 1 

 N f

E

max 1 14,44N f

E (volt) ... (2.4)

Pada rangkaian sekunder, fluks (Φ) bersama tadi juga menimbulkan :

dt d N e2  2 

t N

e₂  ₂



_maxcos



(Volt)

Harga efektifnya :

max 2 2 4,44N f

E (volt)

Bila rugi tahanan dan adanya fluksi bocor diabaikan, maka akan terdapat hubungan : a N N V V E E    2 1 2 1 2

1 _{... (2.5)}

Dimana : E1 = ggl induksi di sisi primer (Volt)

E2 = ggl induksi di sisi sekunder (Volt)

V1 = tegangan terminal sisi primer (Volt)

V2 = tegangan terminal sisi sekunder (Volt)

N1 = jumlah belitan sisi primer (turn)

N2 = jumlah belitan sisi sekunder (turn)

a

= faktor transformasi

Apabila kumparan sekunder di hubungkan dengan beban ZL, I2 mengalir

pada kumparan sekunder, dimana

L Z V

I 2

2  .

Gambar 2.10 Transformator dalam keadaan berbeban

Gambar 2.11 Rangkaian ekivalen transformator dalam keadaan berbeban

Arus beban I2 ini akan menimbulkan gaya gerak magnet (ggm) N2 I2 yang

cenderung menentang fluks (Ф) bersama yang telah ada akibat arus pemagnetan. Agar fluks bersama itu tidak berubah nilainya, pada kumparan primer harus mengalir arus I2', yang menentang fluks yang dibangkitkan oleh arus beban I2,

hingga keseluruhan arus yang mengalir pada kumparan primer menjadi: '

2 0

1 I I

I   (Ampere) ……….. (2.6)

Bila komponen arus rugi inti (Ic) diabaikan, maka I0 = Im , sehingga:

'

2

1 I I

I  _m  (Ampere) ... (2.7)

Dimana: I1 = arus pada sisi primer (Amp)

I'2 = arus yg menghasilkan Φ'2 (Amp)

Im = arus pemagnetan (Amp)

Ic = arus rugi-rugi inti (Amp)

Untuk menjaga agar fluks tetap tidak berubah sebesar ggm yang dihasilkan oleh arus pemagnetan IM, maka berlaku hubungan :

= M I

N₁ N₁I₁N₂I₂ =

M I

N₁ N₁



IM I₂'



N₂ I₂

=

' 2 1I

N N₂ I₂

Karena I_M dianggap kecil, maka I₂'  I₁. Sehingga :

=

1 1I

N N₂ I₂

=

1 1 I

V V₂ I₂

II.4 RANGKAIAN EKIVALEN TRANSFORMATOR

Fluks yang dihasilkan oleh arus pemagnetan Im tidak seluruhnya

merupakan fluks bersama (ФM), sebagian mencakup kumparan pimer (Ф1) atau

mencakup kumparan sekunder saja (Ф2) dalam model rangkaian ekivalen yang

dipakai untuk menganalisis kerja suatu transformator, adanya fluks bocor Ф1

dengan mengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai reaktansi X1 dan

fluks bocor Ф2 dengan mengalami proses transformasi dapat ditunjukan sebagai

reaktansi X2 sedang rugi tahanan ditunjukan dengan R1 dan R2, dengan demikian

model rangkaian dapat dituliskan seperti Gambar 2.12 dan untuk diagram vektor untuk rangkaian transformator ideal ditunjukkan pada Gambar 2.13

Gambar 2.13 Diagram vektor model rangkaian transformator ideal

Dari diagram vektor diatas dapat pula diketahui hubungan penjumlahan vektor yaitu :

V1 = I1R1 + I1X1 + E1

)

2

2 2

.8)

ator dapat disederhanakan menjadi seperti gambar yang ditunjukkan pada Gambar 2.14

E2 = I2R2 + I2X2 + V2

E1/E2 = N1/N2 = a atau E1 = a E2 , hingga

E1 = a (I2R2 + I2X2 + V2)

Maka :

V1 = I1R1 + I1X1 + a (I2R2 + I2X2 + V2

V1 = I1R1 + I1X1 + a I2R2 + a I2X2 + a V

Karena I'2/I2 = N2/N1 = 1/a atau I2= aI'2

Maka:

V1 = I1R1 + I1X1 + a (a I'2R2) + a (a I'2X2) + a V

V1 = I1R1 + I1X1 + a2 I'2R2 + a2 I'2X2 + a V

V1 = I1R1 + I1X1 + I'2 (a2 R2 + a2 X2) + a V2 (Volt)...

(2

Dari rangkaian transformator ideal diatas, apabila semua nilai parameter sekunder dinyatakan pada sisi rangkaian primer, harganya perlu dikalikan dengan faktor a2, dimana X'2 = X2 a2 , R'2 = R2 a2 , dan I'2 = I2 a maka rangakian

Gambar 2.14 Gambar rangkaian ekivalen transformator

Untuk memudahkan perhitungan, model rangkaian ekivalen transformator tersebut dapat diubah menjadi seperti Gambar 2.15 :

Gambar 2.15 Penyederhanaan Rangkaian Ekivalen Transformator

Pada gambar 2.15 di atas dapat di sederhanakan dengan menggunakan Rek dan Xek yang dapat dihitung dengan persamaan di

bawah ini :

Rek = R1 + a2R2 (Ohm)...(2.9)

Xek = X1 + a2X2 (Ohm)...(2.10)

Sehingga rangkaian di atas dapat diubah seperti Gambar 2.17 di bawah ini :

Gambar 2.17 Hasil akhir penyederhanaan rangkaian ekivalen transformator

Untuk menentukan parameter- parameter transformator yang terdapat pada model rangkaian (rangkaian ekivalen) yaitu Rc, Xm,Rek dan Xek dapat ditentukan

besarnya dengan dua macam pengukuran yaitu dengan pengukuran beban nol dan pengukuran hubungan singkat.

II.4.1 Pengukuran beban nol

Bentuk sederhana rangkaian pengukuran beban nol atau tanpa beban dari suatu transformator dapat ditunjukkan pada Gambar 2.18. Umumnya untuk pengukuran beban nol semua instrumen ukur diletakkan di sisi tegangan rendah (walaupun instrumen ukur terkadang diletakkan di sisi tegangan tinggi), dengan maksud agar besaran yang diukur cukup besar untuk dibaca dengan mudah.

Dalam keadaan tanpa beban bila kumparan primer di hubungkan dengan sumber tegangan V1, maka akan mengalir arus penguat I0. Dengan pengukuran

daya yang masuk (P0), arus penguat I0 dan tegangan V1 maka akan diperoleh

harga :

0 2 1 P V

R_c  (Ohm) ... (2.11)

m c

c m

jX R

R jX I

V Z

  

0 1

0 (Ohm)... (2.12)

Dimana :

Z0 = impedansi beban nol (Ohm)

Rc = tahanan beban nol (Ohm)

Xm = reaktansi beban nol (Ohm)

II.4.2 Pengukuran hubung singkat

Bentuk sederhana rangkaian pengukuran hubung singkat dari suatu transformator dapat ditunjukkan pada Gambar 2.19. Hubungan singkat berarti terminalnya dihubung singkatkan, sehingga hanya impedansi Zek = Rek + j Xek

yang membatasi arus.

Karena harga Rek dan Xek ini relatif kecil maka harus dijaga agar

tegangan masuk (Vsc) cukup kecil, sehingga arus yang dihasilkan tidak melebihi

arus nominal. Harga I0 akan relatif sangat kecil bila dibandingkan dengan arus

nominal, sehingga pada pengukuran ini dapat diabaikan. Rangkaian Ekivalen pengukuran hubungsingkat dapat ditunjukkan pada Gambar 2.20

Gambar 2.20 Rangkaian Ekivalen Pengukuran Hubung Singkat

Dengan mengukur tegangan Vsc, arus Isc dan daya Psc, akan dapat dihitung

parameter :

2 ) ( sc

sc ek

I P

R  (Ohm) ... (2.13) ek

ek sc sc

ek R jX

I V

Z    (Ohm) ... (2.14)

2 2

ek ek ek Z R

X   (Ohm) ... (2.15)

II.5 RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR

Secara umum rugi-rugi yang terjadi pada transformator dapat digambarkan dalam sebuah blok digram, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.21

Rugi Tembaga Rugi Tembaga

Rugi Besi Histeresis Dan Eddy Current

Kumparan primer

Fluks Bersama

Kumparan Sekunder

Out Put Sumber

1I.5.1 Rugi tembaga ( Pcu )

Rugi yang disebabkan arus mengalir pada kawat tembaga yang terjadi pada kumparan sekunder dapat ditulis sebagai berikut :

Pcu = I2 R (Watt)... (2.16)

Formula ini merupakan perhitungan untuk pendekatan. Karena arus beban berubah – ubah, rugi tembaga juga tidak konstan bergantung pada beban. Dan perlu diperhatikan pula resistansi disini merupakan resistansi AC.

II.5.2 Rugi besi ( Pi )

Rugi besi terdiri atas :

 Rugi histerisis (Ph), yaitu rugi yang disebabkan fluks bolak – balik pada inti besi yang dinyatakan sebagai :

Ph = kh f Bmaks1.6 watt ... (2.17)

Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum ( weber )

 Rugi arus eddy (Pe) , yaitu rugi yang disebabkan arus pusar pada inti besi.

Dirumuskan sebagai :

Pe = ke f2 B2maks (Watt) ... (2.18) Kh = konstanta

Bmaks = Fluks maksimum ( weber ) Jadi, rugi besi ( rugi inti ) adalah :

II.6 TRANSFORMATOR TIGA PHASA

II.6.1 Umum

Tiga transformator berfasa satu dapat dihubungkan untuk membentuk bank-3 fasa (susunan 3 fasa = 3 phase bank) dengan salah satu cara dari berbagai cara menghubungkan belitan transformator. Pada tiga buah transformator satu fasa yang dipakai sebagai transformator tiga fasa setiap kumparan primer dari satu transformator dijodohkan dengan kumparan sekundernya. Hendaknya dicatat bahwa pada transformator tiga fasa ini besar tegangan antar fasa (VL-L) dan daya

transformator (KVA) tidak tergantung dari hubungan belitannya. Akan tetapi tegangan fasa netral (VL-N) serta arus dari masing-masing transformator

tergantung pada hubungan belitannya.

II.6.2 Konstruksi transformator tiga fasa

Untuk mengurangi kerugian yang disebabkan oleh arus pusar di dalam inti, rangkaian magnetik itu biasanya terdiri dari setumpuk laminasi tipis.

Bentuk sederhana dari kontruksi transformator tiga fasa ditunukkan pada Gamabar 2.22

Salah satu jenis konstruksi yang biasa dipergunakan diperlihatkan pada Gambar 2.23 :

Gambar 2.23 Transformator tiga fasa tipe cangkang

Dalam jenis inti (core type) kumparan dililitkan disekitar dua kaki inti magnetik persegi. Dalam jenis cangkang (shell type) kumparan dililitkan sekitar kaki tengah dari inti berkaki tiga dengan laminasi silikon-steel. Umumnya digunakan untuk transformator yang bekerja pada frekuensi dibawah beberapa ratus Hz. Silikon-steel memiliki sifat-sifat yang dikehendaki yaitu murah, rugi inti rendah dan permeabilitas tinggi pada rapat fluks tinggi. Inti transformator yang dipergunakan dalam rangkaian komunikasi pada frekuensi tinggi dan tingkat energi rendah, kadang-kadang dibuat dari campuran tepung ferromagnetik yang dimanfaatkan sebagai permalloy.

II.6.3 Hubungan tiga fasa dalam transformator

Secara umum hubungan belitan tiga fasa terbagi atas dua jenis, yaitu hubungan wye (Y) dan hubungan delta (Δ). Masing-masing hubungan belitan ini memiliki karakteristik arus dan tegangan yang berbeda-beda, selanjutnya akan dijelaskan dibawah ini. Baik sisi primer maupun sekunder masing-masing dapat

dihubungkan wye ataupun delta. Kedua hubungan ini dapat dijelaskan secara terpisah, yaitu :

1. Hubungan wye (Υ)

Hubungan ini dapat dilakukan dengan menggabungkan ketiga belitan transformator yang memiliki rating yang sama dengan mempertemukan ujung-ujungnya pada satu titik seperti terlihat pada Gambar 2.24 di bawah ini.

Gambar 2.24 Transformator Hubungan-Y

Dalam hubungan-Y dengan memakai kawat netral dalam keadaan seimbang dapat kita ketahui sebagai berikut :

ph T S

R V V V

V    (Volt) ... (2.20) ph

TR ST

RS V V V

V    3 (Volt) ... (2.21) ph

T S R

L I I I I

I     (Amp)... (2.22) Dimana: VL = Tegangan line to line (Volt)

Vph = Tegangan phasa (Volt)

IL = Arus line to line (Amp)

Iph = Arus phasa (Amp)

Hubungan delta ini juga mempunyai tiga buah belitan dan masing-masing memiliki rating yang sama dengan menghubungkannya berbentuk segitiga, seperti terlihat pada Gambar 2.25.

Dalam hubungan delta pada keadaan seimbang dapat kita ketahui sebagai berikut :

Gambar 2.25 Transformator Hubungan Delta

ph T S

R R I I

I    (Amp) ... (2.23) ph

L S T T S T

R I I I I I I I

I        3 (Amp) ... (2.24) ph

TR ST

RS V V V

V    (Volt) ... (2.25) Dimana : VL = Tegangan line to line (Volt)

Vph = Tegangan phasa (Volt)

IL = Arus line to line (Amp)

Iph = Arus phasa (Amp)

Pada transformator tiga phasa selain terdapat dua hubungan belitan utama yaitu hubungan delta dan hubungan bintang. Ada empat kemungkinan lain hubungan transformator tiga phasa yaitu :

1. Hubungan YY Transformator tiga phasa

Hubungan YY pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar 2.26 :

Gambar 2.26 Transformator Hubungan YY

Pada hubungan Y-Y , tegangan primer pada masing-masing phasa adalah : 3

/ LP P V

V_  (Volt) .………( 2. 26 )

Tegangan phasa primer sebanding dengan tegangan phasa sekunder dan perbandingan belitan transformator. Maka diperoleh perbandingan tegangan pada transformator adalah :

a V V V

V

S P

LS

LP  

 

3 3

………..( 2. 27 )

Pada hubungan Y-Y ini jika beban transformator tidak seimbang maka tegangan pada phasa transformator tidak seimbang.

2. Hubungan YΔ Transformator tiga phasa

Hubungan YΔ pada transformator tiga phasa dapat dilihat pada Gambar 2.27 berikut ini :

Gambar 2.27 Transformator Hubungan YΔ

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sebanding dengan tegangan phasa primer V_LP  3V_P dan tegangan kawat ke kawat sekunder sama dengan tegangan phasa VLS = VΦS. Sehingga diperoleh perbandingan tegangan

pada hubungan ini adalah sebagai berikut : a V

V V

V

S P

LS LP

3 3

 



 _{…………..( 2. 28 )}

Hubungan ini lebih stabil dan tidak ada masalah dengan beban tidak seimbang dan harmonisa.

3. Hubungan ΔY Transformator tiga phasa

Hubungan ΔY pada transformator tiga phasa ditunjukkan pada Gambar 2.28 berikut ini :

Gambar 2.28 Transformator hubungan ΔY

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat primer sama dengan tegangan phasa primer VLP = VΦP dan tegangan sisi sekunder VLS  3VS. Maka perbandingan tegangan pada hubungan ini adalah :

a V

V V

V

S P

LS

LP 3

3  



 _{………( 2. 29 )}

Hubungan ini memberikan keuntungan yang sama dan beda phasa yang sama seperti pada hubungan YΔ.

4. Hubungan ΔΔ Transformator tiga phasa

Hubungan ini dapat dilihat pada Gambar 2.29 berikut ini :

Gambar 2.29 Transformator hubungan ΔΔ

Pada hubungan ini tegangan kawat ke kawat dan tegangan phasa sama untuk primer dan sekunder transformator VLP = VΦP dan VLS = VΦS. Maka

hubungan tegangan primer dan sekunder transformator adalah sebagai berikut :

a V V V V

S P

LS

LP  

 

………..( 2. 30 )

Perbedaan phasa pada hubungan ini tidak ada dan stabil terhadap beban tidak seimbang dan harmonisa.

II.7 SISTEM PENDINGIN TRANSFORMATOR a. Pendingin Alamiah

1. Air Nutarul Cooling (AN) yaitu pendingin dengan tidak menggunakan bantuan apapun kecuali udara biasa.

2. Oil-Immersed Natural Cooling (ON) yaitu transformator dimasukkan ke dalam minyak transformator.

3. Oil-Immersed Forced-oil circulation With Natural Cooling (OFN) yaitu transformator dimasukkan ke dalam minyak yang dialirkan.

b. Pendingin Buatan (udara)

1. Oil-Immersed Forced-Oil Circulation With Air Blast Cooling (OFB) yaitu transformator dimasukkan ke dalam minyak yang dialirkan dengan udara yang dihembuskan.

2. Oil-Immersed Air Blast Cooling (OB) yaitu transformator dimasukkan dalam minyak dengan udara yang dihembuskan.

3. Air Blast Cooling (AB) yaitu pendingin dengan udara yang dihembuskan.

c. Pendingin Buatan (air)

1. Oil Immersed Water Cooling (OW) yaitu transformator dimasukkan dalam minyak dan pendingin juga dibantu dengan air.

2. Oil Immersed Forced-Oil-Circulation With Water Cooling (OFW) yaitu transformator dimasukkan dalam minyak yang dialirkan, pendingin juga dibantu dengan air.

II.8 TRANSFORMATOR DISTRIBUSI II.8.1 UMUM

Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama : pusat pembangkit listrik, saluran transmisi , dan sistem distribusi. Pemakaian energi yang diberikan kepada para pelanggan bukanlah menjadi tanggung jawab PLN. Suatu sistem distribusi yang menghubungkan semua beban terjadi pada stasiun pembantu atau substation, dimana dilaksanakan transformasi tegangan.

Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik berada jauh dari pengguna tenaga listrik. Untuk mentransmisikan tenaga listrik dari pembangkit ini, maka diperlukan penggunaan tegangan tinggi 150 kV atau tegangan ekstra tinggi 500

dapat merupakan suatu daerah industri atau suatu kota, tegangan melalui gardu induk diturunkan menjadi tegangan menengah 20 kV.

Tegangan menengah dari gardu induk ini melalui saluran distribusi primer untuk disalurkan ke gardu-gardu distribusi atau pemakai tegangan menengah. Dari saluran distribusi primer, tegangan menengah diturunkan menjadi tegangan rendah 400/230 V melalui gardu distribusi. Tegangan rendah dari gardu distribusi disalurkan melalui saluran tegangan rendah ke komsumen tegangan rendah. Bentuk sederhana dari sistem distem distribusi tenaga listrik dapat ditunjukkan pada Gambar 2.30

Gambar 2.30 Gambaran Umum Distribusi Tenaga Listrik

Transformator distribusi yang umum digunakan adalah transformator step-down 20KV/400V. Tegangan fasa ke fasa sistem jaringan tegangan rendah adalah

380 V. Karena terjadi drop tegangan, maka pada rak tegangan rendah dibuat di atas 380 V agar tegangan pada ujung penerima tidak lebih kecil dari 380 V. Pada kumparan primer akan mengalir arus jika kumparan primer dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik, sehingga pada inti tansformator yang terbuat dari bahan ferromagnet akan terbentuk sejumlah garis-garis gaya magnet (fluks =  ).

Karena arus yang mengalir merupakan arus bolak-balik, maka fluks yang terbentuk pada inti akan mempunyai arah dan jumlah yang berubah-ubah. Jika arus yang mengalir berbentuk sinusoidal, maka fluks yang terjadi akan berbentuk sinusoidal pula. Karena fluks tersebut mengalir melaui inti yang mana pada inti tersebut terdapat belitan primer dan sekunder, maka pada belitan primer dan sekunder tersebut akan timbul ggl (gaya gerak listrik) induksi, tetapi arah ggl induksi primer berlawanan dengan arah ggl induksi sekunder. Sedangkan frekuensi masing-masing tegangan sama dengan frekuensi sumbernya. Hubungan transformasi tegangan adalah sebagai berikut :

a N N E

E

 

2 1 2

1 _...(2.31)

Dimana : E₁ = ggl induksi di sisi primer (volt) = ggl induksi di sisi sekunder (volt)

2

E

= jumlah belitan sisi primer (turn)

1

N

= jumlah belitan sisi sekunder (turn)

2

N

II.8.2 KLASIFIKASI BEBAN PADA TRANSFORMATOR DISTRIBUSI.

Tujuan utama dari adanya alat Transformator Distribusi dalam sistem tenaga listrik adalah untuk mendistribusikan tenaga listrik dari gardu induk ke sejumlah pelanggan atau konsumen. Pada Tabel 2.1 berikut ini adalah klasifikasi pelanggan listrik yang dilayani oleh PLN :

Tabel 2.1 Klasifikasi Beban Pelanggan Listrik PLN Beban Yang Dilayani No Golongan Tarif Batas Daya

1 S-1 / TR 220 VA

450 VA 900 VA 1300 VA 2200 VA TARIF S

( Sosial )

2 3 4 5 6

S-2 / TR S-2 / TR S-2 / TR S-2 / TR

S-2 / TR _{> 2200 VA s/d 200 KVA} S-3 / TM > 200 KVA

1 R-1 / TR s/d 450 VA

2 R-1 / TR 900 VA

3 R-1 / TR 1300 VA

4 R-1 / TR 2200 VA

5 R-2 / TR > 2200 VA – 6600 VA TARIF R

( Perumahan )

6 R-3 / TR > 6600 VA

1 B-1 / TR s/d 450 VA

2 B-1 / TR 900 VA

3 B-1 / TR 1300 VA

4 B-1 / TR 2200 VA

5 B-2 / TR > 2200 VA s/d 200 KVA TARIS B

( Bisnis )

6 B-3 / TM > 200 KVA

1 I-1 / TR s/d 450 VA

2 I-1 / TR 900 VA

3 I-1 / TR 1300 VA

TARIF I

5 I-1 / TR > 2200 VA s/d 14 KVA 6 I-2 / TR > 14 KVA s/d 200 KVA

7 I-3 / TM > 200 KVA

8 I-4 / TT > 30000 KVA

TARIF P ( Perkantoran )

1 2 3 4 5

P-1 / TR P-1 / TR P-1 / TR P-1 / TR P-1 / TR

s/d 450 VA 900 VA 1300 VA 2200 VA

> 2200 VA s/d 200 KVA P-2 / TM > 200 KVA

P-3 / TR LPJU

Keterangan :

S = Pelanggan Listrik Sosial R = Pelanggan Listrik Perumahan B = Pelanggan Listrik Bisnis I = Pelanggan Listrik Insdustri P = Pelanggan Listrik Perkantoran TR = Tegangan Rendah

TM = Tegangan Menengah TT = Tegangan Tinggi

LPJU = Lampu Penerangan Jalan Umum

Berikut ini jenis-jenis /spesifikasi umum dari Transformator Distribusi yang sering digunakan :

Tegangan primer sesuai dengan tegangan nominal sistem pada jaringan tegangan menengah (JTM) yang berlaku dilingkungan ketenagalistrikan yaitu 6 KV dan 20 KV. Dengan demikian ada dua macam transformator distribusi yang dibedakan oleh tegangan primernya, yaitu :

a. Transformator distibusi bertegangan primer 6 KV b. Transformator distribusi betegangan primer 20 KV Catatan :

Pada sistem distribusi tiga phasa, 4 kawat, maka transformator phasa

tunggal yang dipasang tentunya mempunyai tegangan pengenal

KV

KV ₁₂

3

20 _

Spesifikasi Umum Tegangan Sekunder Transfomator Distribusi

Tegangan sekunder ditetapkan tanpa disesuaikan dengan tegangan nominal sistem jaringan tegangan rendah (JTR) yang berlaku dilingkungan PLN (127 V & 220 V untuk sistem phasa tunggal dan 127/220 V dan 220/380 V untuk sistem tiga phasa), yaitu 133/231 V dan 231/400 V (pada keadaan tanpa beban). Dengan demikian ada empat macam transformator distribusi yang dibedakan oleh tegangan sekundernya, yaitu :

a. Transformator distribusi bertegangan sekunder 133/231 V b. Transformator distribusi bertegangan sekunder 231/400 V

c. Transformator distribusi bertegagan sekunder 133/231 V dan 231/400 V yang dapat digunakan secara serentak (simultan).

Bilamana dipakai tidak serentak maka dengan bertegangan sekunder 231/400 V daya transformator tetap 100 % daya pengenal, sedang dengan tegangan sekunder 133/231 V dayanya hanya 75 % daya pengenal.

d. Transformator distribusi bertegangan sekunder 133/231 V dan 231/400 V yang digunakan terpisah.

Spesifikasi Umum Penyadapan (Taping) Transformator Distribusi

Ada tiga macam penyadapan tanpa beban (STB), yaitu : a. Sadapan tanpa beban tiga langkah : 21 ; 20 ; 19 KV

b. Sadapan tanpa beban lima langkah : 22 ; 21 ; 20 ; 19 ; 18 KV c. Sadapan tanpa beban lima langkah : 21 ; 20,5 ; 20 ; 19,5 ; 19 KV

Penyadapan dilakukan dengan pengubah sadapan (komutator) pada keadaan tanpa beban pada sisi primer.

Catatan :

Nilai-nilai tegangan sadapan, khususnya penyadapan utama (principle tapping), adalah nilai-nilai yang bersesuaian dengan besaran-besaran pengenal (arus, tegangan, daya).

Spesifikasi Umum Daya Pengenal Transformator Distribusi

Nilai-nilai daya pengenal tranformator distribusi yang lebih banyak dipakai dalam SPLN 8° : 1978 IEC 76 – 1 (1976) seperti pada Tabel 2.2, sedang yang bertanda * adalah nilai-nilai standar transformator distribusi yang dipakai PLN.

Tabel 2.2 Nilai Daya Pengenal Transformator Distribusi

KVA KVA KVA

5 6,3 8 10 12,5 16* 20 25* 31,5 40 50* 63 80 100* 125 160* 200* 250* 315* 400* 500* 630* 800* 1000* 1250* 1600* dst

Spesifikasi Umum Rugi-rugi Transformator Distribusi

Berbagai nilai dari rugi-rugi transformator distribusi menurut SPLN 50 tahun 1997 dapat dilihat pada Tabel 2.3 berikut ini :

Tabel 2.3 Nilai Rugi-rugi Transformator Distribusi KVA Rating Rugi Besi (Watt) Rugi Tembaga (Watt) 25 50 100 160 200 315 400 680 800 1000 1250 1600 115 190 320 400 550 770 930 1300 1950 2300 2700 3300 700 1100 1750 2000 2850 3900 4600 6500 10200 12100 15000 18100

BAB III

HARMONISA

III.1. UMUM

Dalam sistem tenaga listrik bolak-balik di Indonesia yang merupakan sistem listrik ideal dikatakan apabila bentuk gelombang tegangan dan arus yang disalurkan dan bentuk gelombang yang dihasilkan adalah merupakan gelombang sinus murni. Sistem tenaga listrik pada umumnya dirancang untuk beroperasi pada frekuensi 50Hz atau 60Hz, khusus di Indonesia menggunakan standar IEC ( International Electrotechnical Commision ) yaitu menggunakan frekuensi 50Hz.

Dalam sistem tenaga listrik yang ideal, fungsi tegangan dan arus yang bergantung pada pada waktu t dapat dinyatakan dalam persamaan berikut ini:

Fungsi tegangan, v(t) = V.sin( ωt )………..(3.1) Fungsi arus,i(t) = I.sin( ωt ± φ ). ……….(3.2)

Dimana ω adalah kecepatan sudut dari gelombang periodik dan φ adalah beda sudut fasa antara gelombang arus dan tegangan. Sudut φ akan bertanda positif (+) jika arus mendahului tegangan dan negatif (-) jika arus tertinggal dari tegangan. Gambar 3.1 menunjukkan bentuk arus dan tegangan yang berdasarkan persamaan diatas.

Gambar 3.1 Gelombang Arus dan Tegangan.

Suatu kualitas daya listrik dikatakan baik bila frekuensi yang dihasilkan tetap konstan yaitu 50 Hz dan tegangan yang konstan, namun dewasa ini dengan

berkembangnya produksi dan pemakaian peralatan-peralatan yang menggunakan bahan-bahan yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti komputer, baterre charger, UPS, dan lain sebagainya peralatan-peralatan yang menggunakan dioda dan thyristor, dapat memberikan dampak pada sistem tenaga listrik, yaitu adanya adanya perubahan bentuk gelombangnya, yaitu gelombang arus dan tegangan yang mengalami distorsi atau yang dikenal dengan cacat gelombang. Cacat gelombang ini pada umumnya berupa adanya pelipatan frekuensi fundamental pada gelombang keluaranya.

III.2. KARAKTERISTIK BEBAN

Alat-alat pemakaian tenaga listrik secara umum dapat dibagi dalam empat kelompok besar : penerangan, tenaga, pemanasan/pendingin, dan elektronik.

Data kelompok penerangan termasuk lampu-lampu pijar dan flouresen, neon, uap merkuri, uap sodium dan lampu metal halide. Beban Tenaga umumnya terdiri atas berbagai jenis motor listrik dan untuk beban pemanasan banyak terdapat pada industri sedangkan radio, televisi, sinar-x, peralatan laser, komputer, peralatan digital , penyearah, osilator dan alat-alat lampu yang dioperasikan dengan elektronik.

Secara umum dalam sistem ketenagalistrikan, pemakaian tenaga listrik pada empat kelompok besar diatas tidak megkonsumsi tenaga listrik pada pada waktu yang bersamaan. Pemakaian beban untuk keperluan penerangan adalah yang paling sederhana, karena pada umunyatenaga listrik hanya digunakan mulai pukul 18.00 sampai dengan pukul 06.00. Gambar 3.2 menunjukkan kurve beban harian untuk penerangan.

Gambar 3.2 Karakteristik beban Penerangan.

Pemakaian beban untuk keperluan tenaga( industri kecil dan besar), umumnya bekerja 24 jam untuk industri besar dan industri kecil hanya bekerja pada siang hari saja. Sehingga untuk perubahan beban pada industri besar terjadi

pada saat pagi saja, dan nilainya sangat kecil, selebihnya hampir kontiniu, sedangkan untuk industri kecil perubahan beban sangat mencolokanatara siang dan malampada Gambar 3.3 menunjukkan karakteristik beban harian untuk industri besar, dan Gambar 3.4 memnujukkan karakteristik beban harian untuk industri kecil.

Gambar 3.3 Karakteristik beban harian Industri Besar.

Gambar 3.4 Karakteristik beban harian Industri Kecil

Pemakaian beban untuk daerah komersil dan untuk keperluan rumah tangga bervariasi dan beban puncak terjadi pada antara pukul 17.00 sampai dengan pukul 21.00. Gambar 3.5 memperlihatkan kurva beban untuk daerah komersil, Gambar 3.6 memperlihatkan karakteristik beban untuk Rumah tangga.

Gambar 3.5 karakteristik Beban pada Komersial

Gambar 3.6 karakteristik Beban pada Rumah Tangga

III.3 DEFENISI HARMONISA

Harmonisa didefenisikan sebagai cacat gelombang sinus yang terjadi disebabkan oleh interaksi antara bentuk gelombang sinus sistem dengan gelombang lain yang mempunyai frekuensi kelipatan integer ( bilangan bulat ) dari frekuensi fundamentalnya.( di Indonesia adalah 50 Hz).

Harmonisa merupakan suatu fenomena yang timbul dari pengoperasian beban listrik yang sebagian besar diakibatkan dari beban non linear, dimana akan terbentuk gelombang yang berfrekuensi tinggi yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamentalnya, dalam hal ini 50Hz, sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan yang idealnya adalah sinusiodal murni akan cacat akibat distorsi harmonisa yang terjadi.

Jika frekuensi pada 50/60 Hz ( Indonesia menggunakan 50 Hz) dikatakan sebagai frekuensi fundamental/ frekuensi dasar( f ), maka jika gelombang tersebut mengalami distorsi atau harmonik dikatakan bila mengalami kelipatan frekuensi dari frekuensi dasarnya, misalnya harmonik kedua( 2f )pada 100 Hz , ketiga(3f)

150 Hz dan harmonisa ke-n memiliki frekuensi nf. Gelombang-gelombang ini akan menumpang pada gelombang frekuensi dasarnya dan akan terbentuk gelombang cacat yang merupakan penjumlahan antara gelombang murni dengan gelombang harmoniknya. Gambar 3.7 menunjukkan gelombang pada frekunsi fundamental/dasar(f) yang tidak terdistorsi, Gambar 3.8 menunjukkan Gelombang yang tidak sinusiodal, Gambar 3.9 menunjukkan gelombang pada harmonik ketiga(3f), dan pada Gambar 3.10 menunjukkan hasil kali dari gelombang frekuensi fundamental dengan harmonik yang ketiga.

Gambar 3.7 Gelombang Pada Frekuensi Fundamental/Dasar.

Gambar 3.9 Gelombang Pada Harmonik Ketiga

Gambar 3.10 Hasil Kali Dari Gelombang Frekuensi Fundamental Dengan Harmonik Yang Ketiga.

Pada Gambar 3.9 ditunjukkan bahwa gelombang harmonisa yang ketiga terbentuk menjadi tiga periode gelombang yang berulang pada saat gelombang yang berulang pada saat gelombang yang fundamentalnya masih berlangsung dalam satu periode.Hal ini juga untuk gelombang yang lainnya, seperti gelombang Harmonisa yang ke lima juga terbentuk menjadi lima periode gelombang yang lebih kecil lagi amplitudonya saat gelombang harmonisa yang fundamental dari gelombang tersebut masih berlangsung dalam satu periode.

III.3. JENIS-JENIS HARMONISA

Berdasarkan dari urutaan ordenya, Harmonisa dapat dibedakan menjadi harmonisa ganjil dan harmonisa Genap. Sesuai dengan namanya harmonisa ganjil adalah harmonisa ke 1, 5, 7, 9, dan seterusnya. Sedangkan Harmonisa Genap merupakan harmonisa ke 2, 4, 6, 8 dan seterusnya. Namun harmonisa pertama tidak dapat dikatakan sebagai hamonisa ganjil, karena merupakan komponen

frekuensi fundamental dari gelomabang periodik. Sedangkan harmonisa 0 mewakili konstanta atau komponen DC dari gelombang.

Berdasarkan urutan fasanya, harmonisa dapat dibagi menjadi 3 bagian yaitu :

1. Harmonisa urutan Positif

Harmonisa urutan positif ini mempunyai urutan fasa yang sama dengan harmonisa dasarnya. Gambar 3.11 menunjukkan fundamental phasor, merupakan harmonisa urutan positif.

Gambar 3.11 Fundamental Phasor

2. Harmonisa urutan Negatif

Harmonisa urutan negatif memilki urutan fasa yang berlawanan harmonisa dasarnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.12 .

Gambar 3.12 Phasor harmonik 5 3. Harmonisa urutan Kosong/nol

Phasor harmonik 3 yang ditunjukkan pada Gambar 3.13 merupakan phasor harmonisa urutan nol.

III.4. SUMBER-SUMBER HARMONISA

Pada sistem tenaga listrik ada dua jenis rangkaian yaitu rangkaian linear dan rangkaian non-linear. Beban listrik yang mejadi sumber harmonisa dapat dikelompokjan menjadi 2 macam yaitu :

1. Beban Linear.

Beban linear adalah beban yang memberikan bentuk gelombang keluran yang linear, artinya arus yang mengalir sebanding dengan impendansi dan perubahan tegangan.Pada beban yang linear, bentuk gelombang arus akan mengikuti bentuk gelombang tegangannya. Kalau bentuk gelombang tegangan sumbernya sinusiodal, maka gelombang arus yang mengalir juga akan sinusiodal.

Pada Gambar 3.14 ditunjukkan bentuk sederhana rangkaian linear.

Gambar 3.14 Skema Jaringan sederhana Beban linear 2. Beban Non Linear.

Baban non linear adalah bentuk gelombang keluarnanya tidak sebanding dengan tegangan dalam setengah siklus sehingga bentuk gelombang arus maupun tegangan keluarannya tidak sama dengan gelombang masukkannya( mengalami Distorsi).

Gambar 3.15 Rangkaian Non Linear

Dari dua macam beban diatas, yang paling mampu menjadi sumber Harmonisa adalah beban non linear. Hal ini disebabkan karena adanya komponen semikonduktor yang mana dalam proses kerjanya berlaku sebagai saklar yang bekerja pada setiap siklus gelombang dari sumber tegangan. Selain itu harmonisa dapat juga ditimbulkan oleh peralatan penyearah khususnya peralatan yang menggunakan penyearah dioda dan thyristor. Dimana kita ketahui bahwa fungsi penyearah secara umum adalah mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Dalam pemakaian konverter sebagai sumber daya listrik dapat membawa suatu kerugian pada jaringan listrik yang merusak bentuk gelombang tegangan dan arus bolak-balik sehingga tidak merupakan gelombang sinus murni. Peralatan-Peralatan yang dapat menjadi sumber harmonisa :

 Peralatan industri

Mesin Las, UPS( uninterruptible power suplies ), kontrol kecepatan motor dan lain sebagianya.

 Perlengkapan Kantor.

Komputer, Mesin fotocopy, mesin fax,air conditioning load, elevator, drive, dan sebagainya.

 Perlengkapan rumah tangga

III.5. INDEKS HARMONISA

Dalam menganalisa harmonik terdapat beberapa indeks yang penting untuk menggambarkan efek dari harmonik pada komponen sistem tenaga.

III.5.1 Total Harmonic Distortion/ THD

THD didefenisikan sebagai persentase total komponen harmonik terhadap komponen fundamentalnya . Indeks ini digunakan untuk mengukur deviasi bentuk gelombang periodik yang mengandung harmonik dari gelombang sinus sempurna. Pada saat terjadi gelombang sinus sempurna maka nilai THD adalah nol. Berikut ini adalah rumus THD untuk tegangan dan arus.

THD tegangan :

2 2 2 1 V V THD h h V



_

 ... (3.3) THD arus :

2₂ 2 1 I I THD h h I



_

 ... ... . (3.4)

Vh ; Ih adalah komponen harmonik. V1 ; I1 adalah komponen

fundame

lah total arus yang terdistorsi oleh harmonik terhadap frekuensi fundamentalnya.

ntal

%VTHD adalah persentase jumlah total tegangan yang terdistorsi oleh

harmonik terhadap frekuensi fundamentalnya dan %ITHD adalah persentase jum

100 % x V V V s h

THD  ... ... (3.5) 100 % x I I I s h

 ... . (3.6)

k

k THD

Dimana :

Vh : tegangan harmoni

Vs : Tegangan sistem

Is : arus sistem

III.5.2

ai rms arus fundamental adalah 60A. maka nilai IHD ketiga dan kelima adalah :

Individual Harmonic Distortion/IHD

Individual Harmonic distortion merupakan rasio nilai rms dari harmonic individual terhadap nilai rms fundamental. Sebagai contoh, nilai rms arus harmonik ketiga pada beban non linier adalah 20 A. Nilai rms dari arus harmonik kelima adalah 15 A, dan nil

60

3  IHD 20

= 33% = 0.333

60 5

IHD 15

atan ini digunakan oleh Institude Of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).

untuk harmonisa arus ( %ITHD) dan batasan rmon

( Point of Common Coupling ), sedangkan IL adalah arus beban omina

rekunsi fundamentalnya. %VTHD ditentukan oleh tegangan istem

= 0.25 = 25 %

Dengan pengertian ini maka nilai IHD1 akan selalu 100%, kesepak

III.6. STANDAR HARMONISA

Standar harmonisa yang digunakan adalah standar IEEE 519 “ IEEE Recommended Practices and Requiretment for harmonic Control in electric in Electrical Power System “, ada dua kriteria yang digunakan untuk mengevaluasi distorsi harmonisa yaitu: batasan

ha isa tegangan (%VTHD).

%ITHD adalah persentase jumlah total arus yang terdistorsi oleh harmonisa terhadap frekuensi fundamentalnya. Untuk menentukan %ITHD tergantung dari besarnya rasio dari Isc/IL. Isc adalah arus hubng singkat yang ada pada PCC

n l.

%VTHD adalah persentase jumlah total tegangan yang terdistorsi oleh harmonisa terhadap f

Pada Tabel 3.1 ditunjukkan batasan harmonisa arus berdasarkan IEEE 519, sedangkan

Table usi

M im r nt o %

Tabel 3.2 menunjukkan batasan harmonisa tegangan.

3.1 Standar Distorsi Arus Untuk Sistem Distrib

ax um ha monic curre dist rtion in IL

Individual harmonic order ( ODD harmonics)

Isc/IL <11 11 h<17 17 h<23 23 h<35 H ≥ 35 THD

<20 4 2 1.5 0.6 0.3 5

20 – 50 7 3.5 2.5 1 0.5 8

50 – 100 10 4.5 4 1.5 0.7 12

100 –1000 12 5.5 5 2 1 15

>1000 15 7 6 2.5 1.4 20

.2 S i T

System voltage

Tabel 3 tandar Distors egangan

Maximum distortion (in %)

Below 69 kV 69 – 138 kV >138 kV

Individual harmonic 3.0 1.5 1.0

Total harmonic 5.0 2.5 1.5

III.7. PENGARUH HARMONISA PADA TRAFO DISTRIBUSI

Transformator distribusi dirancang untuk menyalurkan daya yang dibutuhkan ke beban dengan rugi-rugi minimum pada frekuensi fundamentalnya. Pada Transformator, yang akan mengalami kerugian daya adalah kumparan primer, kumparan sekunder, dan inti besinya (ferromagnetic losses). Arus harmonik dan tegangan harmonik yang timbul pada transformator dapat

menambah kerugian daya berupa panas lebih. Ada 3 pengaruh yang ditimbulkan

itas transformator hanya untuk kVA beban yang dibutuhkan, rus harmonik dapat mengakibatkan arus rms trafo menjadi lebih besar dari rms menyebabkan rugi-rugi pada penghantar juga be

bertambahnya rugi-rugi inti yang sebanding terhadap kuadrat arus beban rms dan ku

eddy karena harmonik berpengaruh nyata pada tem eratur kerja transformator . Hal ini akan dapat terlihat pada besar

rugi-rugi da at

aan :

PCE = ( Σ I_h 2

x h

2

) P_{EC-R... (3.7)}

an

h = Arus rms harmonik ke_n

gi arus Eddy

c.Rugi-Rugi inti.

oleh panas lebih tersebut pada transformator yaitu :

a. Arus RMS.

Jika kapas a

kapasitasnya. Meningkatnya arus rtambah.

b. Rugi - Rugi Arus Eddy (Pce)

Rugi arus eddy perlu diamati karena distorsi arus beban relatif lebih tinggi. Dengan adanya arus frekuensi harmonik lebih tinggi menyebabkan

adrat frekuensi. Konsentrasi arus eddy lebih tinggi pada ujung-ujung belitan transformator karena efek kerapatan medan magnet bocor pada kumparan.

Bertambahnya rugi-rugi arus p

ya nyata (Watt) akib arus Eddy ini. Besarnya rugi-rugi total arus eddy dinyatakan dengan suatu persam

Dim a : I

P_{EC-R = Faktor ru}

Peningkatan rugi inti yang disebabkan oleh harmonisa bergantung pada pengaruh harmonisa pada tegangan yang diberikan dan rancangan dari inti trafo.

emak minasi inti.

Peningkatan rugi inti karena harmonisa tidak sekritis dua rugi-rugi di atas. S in besar distorsi tegangan maka semaikn tinggi pula eddy current di la

ANALISA PENGARUH HARMONISA PADA

TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

IV.1 UMUM.

Transformator distribusi merupakan suatu alat yang memegang peranan penting dalam sistem distribusi daya listrik. Transformator distribusi mengubah tegangan menengah 20 KV menjadi tegangan rendah 400/230 V. Transformator distribusi pada dasarnya adalah tiga transformator satu phasa yang bekerja bersama dan dilayani oleh suatu sistem tiga phasa dan dapat melayani beban tiga phasa atau beban satu phasa pada masing-masing phasanya. Suatu transformator distribusi yang mempunyai kualitas baik, jika transformator tersebut mempunyai nilai efisiensi yang tinggi dan mempunyai nilai rugi-rugi yang kecil pada saat melayani beban. Semakin besar efisiensi suatu transformator serta rugi-rugi yang ditimbulkannya pada saat melayani beban semakin kecil, maka kualitas transformator tersebut semakin baik dan begitu juga sebaliknya.

Perkembangan pemakaian alat-alat semikonduktor atau yang dikenal dengan beban non linear pada masa kini menimbulkan cacat gelombang pada sistem distribusi, yang dikenal dengan harmonisa, yaitu harmonisa arus dan harmonisa tegangan. Adanya harmonisa ini pada trafo menimbulkan pengaruh pada transformator itu sendiri, yaitu terhadap rugi-rugi dan terhadap derating dari transformator tersebut. Semakin tingginya nilai dari harmonisa arus dan tegangan ini menimbulkan bertambahnya rugi-rugi pada transformator tersebut. Oleh sebab

itu maka perlu dilakukan pengukuran harmonisa arus dan tegangan pada

at peng

IV.2.1 Perhitungan Arus Beban Penuh dan Arus Hubung Singkat

transformator distribusi untuk mengetahui seberapa besar pengaruhnya.

IV.2 PERSAMAAN YANG DIGUNAKAN DALAM PERHITUNGAN

Persamaan-persamaan yang digunakan dalam menganalisa untuk melih aruh harmonisa pada transformator distribusi adalah sebagai berikut :



V

. 3

S

IFL  ………..( 4.1)

D an

IFL = arus beban penuh (A)

S = daya semu transformator (kVA) tegangan sisi se



im a :

V = kunder transformator (kV)

V Z S ISC . 3 . % 100 .

 ...( 4.2)

D an

ISC = arus hubung singkat (A)

rafo dapat dihitung dengan menggunakan rumus : Pem

im a :

S = data semu transformator

V = Tegangan sisi sekunder transformator (kV)

IV.2.2 Perhitungan Pembebanan Pada Trafo

Pembebanan pada t

% bebanan = Ifund x100% …………

I_FL ……….( 4.3)

Dimana :

I fund = arus Fundamental. Nominal I FL = arus full load

IV.2.3 Perhitungan Analisa THD ( Total Harmonic Distortion)

Untuk menganalisa THD ini, dipakai standar IEEE 519 ”Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems

“.Analisa THD ini ada dua macam, yaitu THD Arus dan THD Tegangan. Untuk THD arus, harusa lebih dahulu dicari rasio Isc/IL untuk mengetahui apakah THD yang ada melebihi standar atau tidak. Nilai Isc dihitung dengan menggunakan rumus pada Persamaan 4.2, sedangkan nilai IL diperoleh dari dat pengukuran. Dan untuk THD tegangan dapat dilihat berdasarkan tegangan sistem yang dipakai,

aitu dibawah 69 kV.

eban) trafo dalam per unit, dapat ditentuka

LL = Ih2 + ( Σ Ih2 x h2 ) PEC-R (p.u)...( 4.4 )

imana:

-R arus Eddy

I_h = arus harmonik

2

sedangkan ( Σ I_h x h

2

) P_EC-R

erupakan komponen rugi arus Eddydalam p.u.

Untuk mencari faktor rugi arus Eddydapat dilihat pada tabel dibawah ini y

IV.2.4 Perhitungan Load Loss (PLL) Transformator Untuk menghitung load loss (Rugi-rugi B

n dengan rumus sebagai berikut :

P Σ

d

P_EC = faktor rugi – rugi h = angka harmonik

Σ I_h

2

merupakan komponen rugi I R dalam p.u,

2

.1 . Nilai da

Vol ge %

Tabel 4 ri PEC_R

Type MVA ta PEC-R

Dry 1

1.5

1.5

2.5 480 V LV

9 – 15 5kV HV

15 kV HV

3 - 8 12 - 20

1

Oil - filled 2.5 - 5 480 V LV 1 – 5

> 5 480 V LV 9 – 15

erjadinya harmonisa engan rugi-rugi transformator setelah terjadinya harmonisa.

ATA HARMONISA

pada siang

IV.2.5 Perhitungan Pertambahan Rugi-Rugi Transformator

Perhitungan ini dilakukan dengan menghitung rugi-rugi total pada transformator dengan cara menjumlahkan rugi-rugi sebelum t

d

IV.3 METODE PENGAMBILAN D TRANSFORMATOR DISTRIBUSI

Metode pengambilan data dilakukan dengan cara melakukan pengukuran di lapangan pada setiap transformator distribusi yang ada di cabang medan (ada 2711 buah Transformator Distribusi) terkususnya daerah medan kota dan sekitarnya (ada 569 buah Transformator Distribusi). Pengukuran dilakukan pada 5 buah transformator distribusi milik cabang Medan yang mewakili beberapa jenis Konsumen ( Pusat Kota, Perumahan Mewah, Perumahan Biasa, Pusat perbelanjaan, Daerah Bisnis/ Usaha). Waktu pengukuran dilakukan

hari antara pukul 11.00 – 15.00 WIB, tertanggal 19-21 Agustus 2009.

Pengukuran kandungan harmonik disetiap Transformator Distribusi dilakukan pada setiap phasa ( R, S, T ) dengan menggunakan Alat ukur yang

dinamakan dengan power quality analyzer. Power quality analyzer yang digunakan adalah power quality analyzer fluke 435 ( ditunjukkan pada Gambar 4.1). Alat ini digunakan untuk mengukur besarnya arus, tegangan dan kandungan

armonik pada transformator Distribusi

Gambar 4.1 Power Quality Analyzer Fluke 435

V.3.1 Data Teknis Power Quality Analyzer Fluke 435

al Data dari power quality analyzer dapat diuraikan dibawah ini.

phases + neutral) : 1000 Vrms (6 kV peak)

mps/Herz pada power quality analyzer fluke 435 dapat ilihat pada Tabel 4.2

h

I

 Technical data

Technic

Input

Number : 4 voltage and current (3 Maximum voltage

Volt/Amps/Herz

Technical data Volt/A d

Tabel 4.2 Tehnical data Volt/Amp

Measu Accu

s/Herz

rement range racy

Vrms (AC + DC) 1 ... 1000 V 0.1% of Vnom

Vpeak 1 ... 1400 V 5% of Vnom

Crest factor, voltage 1.0 ... > 2.8 ±5%

Arms (AC + DC) 0 ... 20 kA ±0.5% ± 5 counts

Apeak 0 ... 5.5 kA 5%

Crest factor, A 1 ... 10 ±5%

menunjukkan technical data harmonics pada power quality analyzer Fluke 435.

Tabel armoni

Measurement range Acc

 Harmonics

Tabel 4.3

4.3 Tehnical data H cs

uracy

Vrms 0.0 … 1000 V ±0.05% of nominal

voltage

Arms 0.0 … 4000 mV x clamp

±5% ± 5 counts scaling

Watts Depend caling

and voltage

±5% ± n x 2% or reading, ± 10 counts

s on clamp s

DC voltage

0.0 … 1000 V ±0.2% of nominal voltage

THD

0.0 … 100.0% ±2.5% V and A (± 5% Watt)

Hz

0 … 3500 Hz ± 1 Hz

Phase angle

-360º ... +360º ± n × 1.5º

 Mechanical & General Specifications

mm

hock & Vibration : 30 g & 3 g according to MIL-PRF-28800F Class 2

Size : 256 x 169 x 64

Weight : 1.1 kg

S

IV.3.2 Rangkaian Pengukuran pada Trafo Distribusi

Rangkaian pengukuran kandungan arus dan tegangan harmonik disetiap phasa transformator (R,S,T) diperlihatkan pada Gambar 4.4, dimana masing – masing phasa dihubungkan ke power quality analyzer fluke 435, pada Gambar 4.2

menunjukkan gambar Trafo tiang, sedangkan Gambar 4.3 menunjukkan pengukuran kandungan harmonisa pada trafo tiang.

Gambar 4.2 Transformator Tiang

Gambar 4.4 Rangkaian Pengukuran pada transformator phasa

IV.4 DATA HASIL PENGUKURAN HARMONIK PADA TRANSFORMATOR

Hasil pengukuran harmonik pada 5 buah transformator distribusi pada 5 daerah yang mewakili konsumen pelanggan PLN cabang medan, rayon Medan Kota, dapat dilihat sebagai berikut :

1.Daerah Krakatau, Jalan Sidorukun.

 Spesifikasi trafo Distribusi

1. Buatan Pabrik : Sintra

2. Tipe : OUTDOOR

3. Daya : 160 kVA

4. Tegangan Kerja : 20kV// 400 V

5. Arus : 4.62-231 A

6. Hubungan : Yzn5

7. Impendansi : 4%

8. Trafo : 1 x 3 phasa

Tabel 4.4 Data Hasil pengukuran pada Transformator Phasa Tegangan (volt) Arus ( A) Daya Aktif (kW) Daya Nyata ( kVA)

Cos φ V THD (%)

ITHD (%)

R 216 134 27.4 30.3 0.9 1.9 10.2

S 217.6 157 34.2 35.2 0.96 1.9 8.7

T 215.7 132 26.0 27.9 0.95 1.9 8.1

Tabel 4.5 Data Kandungan Harmonisa Arus pada Transformator Phasa Harmonik ke : IHD (%) Arus ( A)

3 9.8 13.32

5 2.4 3.20

R

7 1.5 2.10

3 8.3 13.30

5 1.7 2.67

S

7 1.9 2.90

3 7.7 16.60

5 1.9 2.50

T

7 1.6 2.11

3 182.0 113.5

5 9.5 5.9

Netral

7 4.5 2.8

Tabel 4.6 Data Hasil pengukuran Harmonisa Tegangan pada Transformator

Phasa VTHD Pengukuran ( %)

R 1.9

S 1.9

T 1.9

2. Kompleks Perumahan Mewah ( Tanjung Sari pasar 2, komplek

TPI )

 Spesifikasi trafo Distribusi

1. Buatan Pabrik : Morawa

2. Tipe : OUTDOOR

3. Daya : 250 kVA

4. Tegangan Kerja : 20 kV// 400 V

5. Arus : 7.2-361 A

6. Hubungan : Yzn5

7. Impendansi : 4 %

8. Trafo : 1 x 3 phasa

= 0.142776 kW

Rugi arus eddy (Pi) = 0.000496 p.u x kw phasa S = 0.000496 p.u x 34.2 kW = 0.016959 kW

Total Rugi phasa S = 0.159735 kW  Rugi Phasa T

Rugi belitan (Pcu) = 0.020496 p.u x kw phasa T = 0.020496 p.u x 26 kW = 0.532905 kW

Rugi arus eddy (Pi) = 0.00192 p.u x kw phasa T = 0.00192 p.u x 26 k

= 0.049926 kW Total Rugi phasa T = 0.582831 kW

Total rugi-rugi akibat adanya harmonik = Rugi phasa R + Rugi phasa S + Rugi phasa T

= 0.99163 kW

c. Rugi Total Pada Trafo1 (160 kV)

Rugi total = Rugi sebelum dipengaruh harmonik + Rugi akibat harrmonik = 2400 kW + 0.99163 kW

= 2400.0991 kW

Dengan cara yang sama seperti yang diatas maka dapat diperoleh pertambahan rugi-rugi total pada ke-4 transformator lainnya.

Tabel 4.25 Pertambahan Rugi-rugi pada Transformator

Jenis Rugi-rugi sebelum adanya harmonisa

Rugi-rugi yang bertambah setelah adanya harmonisa

Total Rugi-rugi Transformator 2

(250kVA) 3600 kW

0.810247 kW

3600.0810 kW Transformator 3

(200kVA) 2980 kW

2.727353 kW

2982.7273 kW Transformator 4

(250kVA) 3600 kW

37.47748 kW

3637.4774 kW Transformator 5

(100kVA) 1900 kW

8.546188 kW

1908.8546 kW

Dari Tabel 4.26, dapat dilihat dengan adanya harmonisa arus pada setiap transformator distribusi akan menambah rugi-rugi pada masing-masing transformator distribusi yaitu :

Transformator 1 = 0.041318 % Transformator 2 = 0.022507 % Transformator 3 = 0.091522 % Transformator 4 = 1.041041 % Transformator 5 = 0.449799 %

Walaupun nilainya kecil, namun memberi pengaruh terhadap transformator distribusi. Gambar 4.6 menunjukkan Grafik pertambahan rugi- rugi( Belitan dan Besi ) pada setiap transformator, sedangkan Gambar 4.7 menunjukkan grafik perbandingan rugi-rugi baik perbandingan antara rugi-rugi transformator sebelum dan sesudah harmonisa.

0 5 10 15 20 25 30 RUGI-RUGI( kW)

1 2 3 4 5

TRANSFORMATOR

GRAFIK PERTAMBAHAN RUGI-RUGI PADA TRANSFORMATOR

PERTAMBAHAN RUGI BELITAN

PERTAMBAHAN RUGI BESI

GRAFIK PERBANDINGAN RUGI-RUGI SEBELUM DAN SESUDAH HARMONISA

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

1 2 3 4 5

TRANSFORMATOR

RU

G

I-RUG

I (

k

W

)

SEBELUM HARMONISA SESUDAH HARMONISA

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Rugi-Rugi Transformator Sebelum Dan Sesudah Harmonisa

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1 KESIMPULAN

Setelah melakukan penelitian dan dari hasil analisa data-data pengukuran maka diperolehlah kesimpulan:

1. THD Arus Total pada masing-masing transformator distribusi melebihi standar yang ditetapkan IEEE 519 (8%), yaitu 9.0%, 9.7%, 12.82%, 20.56%, 15.79%; dan tidak terlalu bermasalah karena rata-rata THD Arus total masih belum melebihi kapasitas pembebanan dari masing-masing transformator.

2. THD Tegangan pada masing-masing transformator setiap phasanya masih di bawah standard yang ditentukan dari IEEE 519( 5%).

3. Semakin tinggi total arus harmonisa pada setiap phasa di masing-masing transformator maka semakin tinggi pula rugi-rugi beban (PLL), pertambahan Rugi-Rugi I2R , dan pertambahan rugi Eddy Current.

4. Kenaikan rugi-rugi pada transformator berubah-ubah diasumsikan sesuai dengan kuadrat dari frekuensi.

5. Pertambahan rugi-rugi ( Rugi belitan dan Rugi Eddy Current ) pada setiap transformator distribusi yaitu 0.04%, 0.02%, 0.09%, 1.04%, 0.44%,dan Pertambahan rugi-rugi yang paling besar terjadi pada trafo 250kVA di Pusat Perbelanjaan, Petisah ( Pembebanan 73.33%), yaitu 1.04%.

V.2 SARAN

Untuk mengantisipasi masalah harmonisa pada transformator distribusi maka :

1. Sebaiknya Pihak PLN juga memperhatikan kandungan harmonisa pada transformator distribusi ketika melakukan pemeliharaan, dan memantau nilainya setiap pertambahan beban pada suatu daerah.

2. Perlunya mengetahui seberapa level harmonik yang diijinkan menjadi penting diketahui sehingga Transformator Distribusi bisa awet dan tahan lama.

3. Perlu perhatian khusus untuk harmonisa arus dan tegangan, walaupun nilainya masih kecil tapi memilki dampak yang sangat mempengaruhi pada Transformator distribusi itu sendiri.

4. Penelitian kedepan dilakukan cara-cara untuk mengurangi pengaruh harmonik pada transfromator distribusi, dan perancangan Transformator Distribusi untuk beban-beban yang menimbulkan harmonisa.

DAFTAR PUSTAKA

Arrillaga,Jos & Neville R Watson,” Power System Harmonics”,second edition, John Wiley & Sons, Ltd, 2004.

C.Sankaran,”Power Quality”, USA: CRC Press LLC,2002

Dugan,Roger C,etc,”Electrical Power Systems Quality”,second edition,McGraw-Hill Inc,2002.

Gonen, Turan, “Electric Power Distribution System Enginnering”, International Edition, McGraw-Hill Book Company, Singapore, 1986

Kadir, Abdul,”Distribusi Dan Utilisasi tenaga Listrik”, Universitas Indonesia, Jakarta,2000.

Bishop,Owen,’’Dasar-Dasar Elektronika“,Penerbit Erlangga,Jakarta,2004

Kadir, Abdul, “Transformator”, Penerbit PT. Elex Media Komputindo, Jakarta, 1989. Miller,T. E. J, “Reactive Power Control In Electric System”,Jhon Wiley & Sons Inc,

1982.

Wijaya, Mochtar, “Dasar-Dasar Mesin Listrik”,Penerbit Djambatan, Jakarta, 2001. Zuhal, “Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya”, Edisi ke-5, Penerbit

Gramedia, Jakarta, 1995.

Jatmiko, Hasyim Asy’ari” Pengaruh Harmonik Pada Transformator “ Jurnal Teknik Elektro, Emitor Vol 2, No 2, September 2002.

IEEE Std 519- 1992, Recommendee Practice And Requairments For Harmonic. Control In Electric Power System

http://www.elektroindonesia,”Harmonisa Transformator dan penanganannya”,tanggal download 25 juli 2009.

http://www.elektroindonesia,”Transformator daya dan cara pengujiaannya”, tanggal download 16 Mei 2009.